电子产品的电磁兼容技术

【摘 要】电子产品的工作电压、工作频率都较高,很容易产生电磁干扰,电磁干扰会严重影响电子产品的正常工作.本文就电磁干扰的方式、电磁兼容的要求、消除电磁干扰的技术措施等问题,进行了较为深入的探讨.

【关 键 词】电磁干扰,电磁兼容,接地,滤波,屏蔽

不少的电子产品其内部电路的工作电压都较高,有的电子产品还含有高频振荡电路,这样的电子产品很容易通过线路或通过空间辐射的方式,把信号传输出去,对其它电子产品或同一台电子产品内部的其它电路产生干扰,这种干扰通常称之为电磁干扰.

电磁干扰会严重影响电子产品的正常工作,各种电子产品的生产厂家,在电路设计、产品制造时,都很重视电磁干扰问题.

一、电子产品产生电磁干扰的方式与电磁兼容的要求

我们只有了解清楚电磁干扰的方式,并采取相应的措施,消除各种方式的电磁干扰,才能保证电子产品正常工作.

1.电磁干扰的方式

电子产品内有不少的连接线路（包括印制导线）,干扰信号很容易通过连接线路传导出去,另外,电子产品内部的电路工作频率都较高,高频信号很容易辐射出去形成干扰.故电磁干扰的方式,主要有传导干扰和辐射干扰两种.

传导干扰,是指干扰源通过导线,把干扰信号耦合到另一个电路中去,对另一个电路产生干扰.

辐射干扰,是指干扰源通过空间,把干扰信号辐射到另一个电路中去,对另一个电路产生干扰.

2.电子产品电磁兼容的要求

电子产品电磁兼容性的要求是,电子产品工作时,所产生的电磁能量既不对其它设备或同一台电子产品内的其它电路产生干扰,也不受其它设备或同一台电子产品内其它电路的电磁能量干扰.英文为ElectroMagicCompatibility,常简写成EMC.

电子产品只有电路设计合理、装配工艺合理,才会具有较好的电磁兼容性.

二、消除电磁干扰的技术措施

电磁干扰是可以消除的,消除电磁干扰的技术措施主要是接地、滤波、屏蔽.生产过程中必需严格依照工艺文件的要求进行生产,否则可能会影响EMC效果.

1.通过接地措施来消除EMC干扰

接地是最有效的抑制干扰源的方法,可解决50%的EMC问题.

（1）接地的分类

接地可以分为单点接地与多点重复接地.单点接地,各电路的地,接在同一点,作为公共电位参考点.多点接地,就近几个点重复接地,每条地线可以很短,可以提供较低接地阻抗.

在PCB板上的接地,又可以分为屏蔽接地、滤波接地、静电接地.

屏蔽接地,局部屏蔽罩引脚的接地,如图1（a）,滤波接地,信号线、电源线滤波器中的旁路电容的接地,静电接地,泄放静电和防止接收无线电波再发射的接地.

（2）接地要求

PCB板上的插接型接地线,要插到底,确保接触良好,螺丝固定型的地线端子或接地片,要上紧螺丝,并要注意摆放方向,避免接触到旁边的元件或铜皮导致短路,如图1（b）所示.

图1

液晶屏金属外壳与主电路板之间的接地,一般采用具有弹性的导电海绵相互连通进行接地.导电海绵需要粘贴在正确的位置,确保接触良好,中间不可夹有绝缘物,导电海绵的厚度要合适,其厚度应确保液晶屏金属外壳与主电路板接触后,有1～2mm的压缩量,如图2所示.

图2

2.通过滤波措施来消除EMC干扰

（1）常用的滤波元件

在LCDTV等电子产品中,大多数干扰信号都是通过连接用的导线辐射出来的,导线会起“辐射天线”的作用,故在设计电路时,常用电容、电阻、电感（磁珠）等元件,以及由这些元件组成的L型、T型和π型滤波电路来进行滤波.

在离LVDS、HDMI信号线引脚插座较近的位置,增加滤波元件,采用串联磁珠或电阻、并联电容、以上几种的组合,对差分传输信号――LVDS信号和HDMI信号形成串联共模电路,即能很好的消除EMC干扰.

（2）磁环绕线滤波器的工艺要求

在信号传输线、电源线的适当位置（要通过电磁辐射测试才能确定位置）,串绕一个磁环,可以起到消除EMC干扰信号的作用.如图3所示.

装配时必需依照工艺文件中规定的圈数、离线插的距离进行绕制,磁环绕线时不可夹线,扎线扣要绑紧,确保磁环不会松动,扎线扣多余的部分要剪掉.

图3

磁环的磁导率是影响滤波效果的最大因素.通常材料磁导率越高,适用抑制的频率就越低.在电源线上进行滤波时,应选用磁导率高的材料,在信号传输线上进行滤波时,应选用磁导率低的材料.在成本和空间允许的情况下,可选择尽量长、尽量厚和内径尽量小的磁环来绕制.

绕制的匝数会影响滤波效果.如果绕多圈,由于匝间电容的增大,对低频干扰信号的滤波效果会更好,但对高频干扰信号的滤波效果会下降.

磁环的安装位置也会影响滤波效果.同样的磁环,在不同的安装位置,滤波效果有区别.一般尽可能接近干扰源的地方,尽可能靠近导线、电缆进出口的位置进行安装,滤波效果最好.

（3）差分方式传输信号时消除EMC干扰的工艺要求

LVDS、DVI（TMDS）,HDMI、USB等接口电路传输信号时,一般都采用差分方式来传输,把一路的串行信号,转变为两路的反相信号,用一对的信号线来进行传输,也就是把2根信号线作为一对来传输信号.这种传输方式对差摸信号不会造成影响,但能很好的抑制共模干扰信号.

在电子产品的生产工艺中,对采用差分方式传输信号的工艺要求如下.

差分对的两根走线要尽量靠近,差分对线与线对之间的距离愈大越好,每对差分线的两根传输线要求严格等长,信号线对需设置共模电感和下地电容,以减少LVDS线的共模辐射,LVDS插座应优先采用贴片或密脚插座以减少信号反射,信号线的总长度应尽量避免等于信号1/4波长的整数倍.

（4）高电压、大电流导线布线的工艺要求

高电压导线（如接到液晶屏LED灯供电的连接线）、大电流（如电源线）导线,不要和其它小信号线一起走线,尽量分开走线,否则容易产生干扰,如图4所示.

图4

3.通过屏蔽措施来消除EMC干扰

（1）屏蔽方法消除EMC干扰的原理

采用高磁导率的材料,使干扰信号的磁力线限制在屏蔽体内部,防止扩散到空间外去.厚度越大,磁阻越小,磁场屏蔽的效果越好.

采用高导电性金属材料,使干扰信号形成涡流,由于高频趋肤效应,涡流仅在屏蔽盒表面薄层流通,从而达到屏蔽的效果.

如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时,往往采用高磁导率材料表面涂覆高导电性材料组成多层屏蔽体,来消除EMC的干扰.

（2）屏蔽材料的选用

低频干扰信号应采用高磁导率金属屏蔽材料,高频干扰信号应采用高电导率金属屏蔽材料.常用的金属板屏蔽材料有,镀锌钢板、低碳钢板、镀铜钢板、铜板、导电布、导电铝箔等.

（3）屏蔽的工艺要求

对于屏蔽整个主板的屏蔽盒来说,要关注导线引出空孔的尺寸、屏蔽盒与屏蔽盖之间的缝隙大小.对于采用局部屏蔽的主板,应注意屏蔽罩引脚之间的最大尺寸不超过30mm.穿过屏蔽罩的走线,需串接磁珠、电阻、穿心电容等进行滤波处理.

采用导电布、导电铝箔来进行屏蔽时,要抚平贴紧,确保接触良好,要注意不能贴到无关的元件上而造成短路,如图5所示.

图5

为了防止液晶电视机等电子产品的电磁辐射产生危害,装配电子元件时,振荡器（如晶振）、电源开关管、开关变压器、高频整流二极管、遥控接收器、高频头等元器件,要用磁环或金属外壳加于屏蔽.在装配过程中,不可随意弃掉这些磁环和金属外壳.另外,在装配整机的各个电路时,应严格按工艺要求来进行,不可随意改动这些电路的结构.

作者简介：何培森（1963―）,男,高级讲师,广东省惠州市技师学院电子工程系主任,担任主编或副主编出版过多部全国或广东省统编教材,并编写了数部校本教材,多篇论文发表或者获奖.